_OpenGL入门教程

OpenGL入门教程

1.第一课：

说起编程作图，大概还有很多人想起TC的#include 吧？

但是各位是否想过，那些画面绚丽的PC游戏是如何编写出来的？就靠TC那可怜的640*480分辨率、16色来做吗？显然是不行的。

本帖的目的是让大家放弃TC的老旧图形接口，让大家接触一些新事物。

OpenGL作为当前主流的图形API之一，它在一些场合具有比DirectX更优越的特性。

1、与C语言紧密结合。

OpenGL命令最初就是用C语言函数来进行描述的，对于学习过C语言的人来讲，OpenGL是容易理解和学习的。如果你曾经接触过TC的graphics.h，你会发现，使用OpenGL作图甚至比TC更加简单。

2、强大的可移植性。

微软的Direct3D虽然也是十分优秀的图形API，但它只用于Windows系统（现在还要加上一个XBOX游戏机）。而OpenGL不仅用于Windows，还可以用于Unix/Linux等其它系统，它甚至在大型计算机、各种专业计算机（如：医疗用显示设备）上都有应用。并且，OpenGL的基本命令都做到了硬件无关，甚至是平台无关。

3、高性能的图形渲染。

OpenGL是一个工业标准，它的技术紧跟时代，现今各个显卡厂家无一不对OpenGL提供强力支持，激烈的竞争中使得OpenGL性能一直领先。

总之，OpenGL是一个很NB的图形软件接口。至于究竟有多NB，去看看DOOM3和QUAKE4等专业游戏就知道了。

OpenGL官方网站（英文）

https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,

下面我将对Windows下的OpenGL编程进行简单介绍。

学习OpenGL前的准备工作

第一步，选择一个编译环境

现在Windows系统的主流编译环境有Visual Studio，Broland C++ Builder，Dev-C++等，它们都是支持OpenGL 的。但这里我们选择Visual Studio 2005作为学习OpenGL的环境。

第二步，安装GLUT工具包

GLUT不是OpenGL所必须的，但它会给我们的学习带来一定的方便，推荐安装。

Windows环境下的GLUT下载地址：（大小约为150k）

https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,/resources/libraries/glut/glutdlls37beta.zip

无法从以上地址下载的话请使用下面的连接:

https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,/upfile/200607311626279.zip

Windows环境下安装GLUT的步骤：

1、将下载的压缩包解开，将得到5个文件

2、在“我的电脑”中搜索“gl.h”，并找到其所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\PlatformSDK\include\gl文件夹”）。把解压得到的glut.h放到这个文件夹。

3、把解压得到的glut.lib和glut32.lib放到静态函数库所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\lib”文件夹）。

4、把解压得到的glut.dll和glut32.dll放到操作系统目录下面的system32文件夹内。（典型的位置为：C:\Windows\System32）

第三步，建立一个OpenGL工程

这里以VisualStudio2005为例。

选择File->New->Project，然后选择Win32 Console Application，选择一个名字，然后按OK。

在谈出的对话框左边点Application Settings，找到Empty project并勾上，选择Finish。

然后向该工程添加一个代码文件，取名为“OpenGL.c”，注意用.c来作为文件结尾。

搞定了，就跟平时的工程没什么两样的。

第一个OpenGL程序

一个简单的OpenGL程序如下：（注意，如果需要编译并运行，需要正确安装GLUT，安装方法如上所述）#include

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);

glFlush();

}

int main(int argc, char *argv[])

{

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);

glutInitWindowPosition(100, 100);

glutInitWindowSize(400, 400);

glutCreateWindow("第一个OpenGL程序");

glutDisplayFunc(&myDisplay);

glutMainLoop();

return 0;

}

该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个白色的矩形。下面对各行语句进行说明。

怎么样？代码还不算长吧？

首先，需要包含头文件#include ，这是GLUT的头文件。

本来OpenGL程序一般还要包含和，但GLUT的头文件中已经自动将这两个文件包含了，不必再次包含。

然后看main函数。

int main(int argc, char *argv[])，这个是带命令行参数的main函数，各位应该见过吧？没见过的同志们请多翻翻书，等弄明白了再往下看。

注意main函数中的各语句，除了最后的return之外，其余全部以glut开头。这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍。

1、glutInit，对GLUT进行初始化，这个函数必须在其它的GLUT使用之前调用一次。其格式比较死板，一般照抄这句glutInit(&argc, argv)就可以了。

2、glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB颜色，与之对应的还有GLUT_INDEX （表示使用索引颜色）。GLUT_SINGLE表示使用单缓冲，与之对应的还有GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。更多信息，请自己Google。当然以后的教程也会有一些讲解。

3、glutInitWindowPosition，这个简单，设置窗口在屏幕中的位置。

4、glutInitWindowSize，这个也简单，设置窗口的大小。

5、glutCreateWindow，根据前面设置的信息创建窗口。参数将被作为窗口的标题。注意：窗口被创建后，并不立即显示到屏幕上。需要调用glutMainLoop才能看到窗口。

6、glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。（这个说法不够准确，但准确的说法可能初学者不太好理解，暂时这样说吧）。

7、glutMainLoop，进行一个消息循环。（这个可能初学者也不太明白，现在只需要知道这个函数可以显示窗口，并且等待窗口关闭后才会返回，这就足够了。）

在glutDisplayFunc函数中，我们设置了“当需要画图时，请调用myDisplay函数”。于是myDisplay函数就用来画图。观察myDisplay中的三个函数调用，发现它们都以gl开头。这种以gl开头的函数都是OpenGL 的标准函数，下面对用到的函数进行介绍。

1、glClear，清除。GL_COLOR_BUFFER_BIT表示清除颜色，glClear函数还可以清除其它的东西，但这里不作介绍。

2、glRectf，画一个矩形。四个参数分别表示了位于对角线上的两个点的横、纵坐标。

3、glFlush，保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）。其作用跟fflush(stdout)类似。

2.第二课：

本次课程所要讲的是绘制简单的几何图形，在实际绘制之前，让我们先熟悉一些概念。

一、点、直线和多边形

我们知道数学（具体的说，是几何学）中有点、直线和多边形的概念，但这些概念在计算机中会有所不同。数学上的点，只有位置，没有大小。但在计算机中，无论计算精度如何提高，始终不能表示一个无穷小的点。另一方面，无论图形输出设备（例如，显示器）如何精确，始终不能输出一个无穷小的点。一般情况下，OpenGL中的点将被画成单个的像素（像素的概念，请自己搜索之~），虽然它可能足够小，但并不会是无穷小。同一像素上，OpenGL可以绘制许多坐标只有稍微不同的点，但该像素的具体颜色将取决于OpenGL的实现。当然，过度的注意细节就是钻牛角尖，我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何画到同一像素上”。

同样的，数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。

多边形是由多条线段首尾相连而形成的闭合区域。OpenGL规定，一个多边形必须是一个“凸多边形”（其定义为：多边形内任意两点所确定的线段都在多边形内，由此也可以推导出，凸多边形不能是空心的）。多边

形可以由其边的端点（这里可称为顶点）来确定。（注意：如果使用的多边形不是凸多边形，则最后输出的效果是未定义的——OpenGL为了效率，放宽了检查，这可能导致显示错误。要避免这个错误，尽量使用三角形，因为三角形都是凸多边形）

可以想象，通过点、直线和多边形，就可以组合成各种几何图形。甚至于，你可以把一段弧看成是很多短的直线段相连，这些直线段足够短，以至于其长度小于一个像素的宽度。这样一来弧和圆也可以表示出来了。通过位于不同平面的相连的小多边形，我们还可以组成一个“曲面”。

二、在OpenGL中指定顶点

由以上的讨论可以知道，“点”是一切的基础。

如何指定一个点呢？OpenGL提供了一系列函数。它们都以glVertex开头，后面跟一个数字和1~2个字母。例如：

glVertex2d

glVertex2f

glVertex3f

glVertex3fv

等等。

数字表示参数的个数，2表示有两个参数，3表示三个，4表示四个（我知道有点罗嗦~）。

字母表示参数的类型，s表示16位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLshort），

i表示32位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLint和GLsizei），

f表示32位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLfloat和GLclampf），

d表示64位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLdouble和GLclampd）。

v表示传递的几个参数将使用指针的方式，见下面的例子。

这些函数除了参数的类型和个数不同以外，功能是相同的。例如，以下五个代码段的功能是等效的：（一）glVertex2i(1, 3);

（二）glVertex2f(1.0f, 3.0f);

（三）glVertex3f(1.0f, 3.0f, 0.0f);

（四）glVertex4f(1.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f);

（五）GLfloat VertexArr3[] = {1.0f, 3.0f, 0.0f};

glVertex3fv(VertexArr3);

以后我们将用glVertex*来表示这一系列函数。

注意：OpenGL的很多函数都是采用这样的形式，一个相同的前缀再加上参数说明标记，这一点会随着学习的深入而有更多的体会。

三、开始绘制

假设现在我已经指定了若干顶点，那么OpenGL是如何知道我想拿这些顶点来干什么呢？是一个一个的画出来，还是连成线？或者构成一个多边形？或者做其它什么事情？

为了解决这一问题，OpenGL要求：指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后，glEnd函数之前（否则指定的顶点将被忽略）。并由glBegin来指明如何使用这些点。

例如我写：

glBegin(GL_POINTS);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

glVertex2f(0.5f, 0.0f);

glEnd();

则这两个点将分别被画出来。如果将GL_POINTS替换成GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL将会画出一条直线。

我们还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。

另一方面，glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES，还有GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN等，每种方式的大致效果见下图：

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

我并不准备在glBegin的各种方式上大作文章。大家可以自己尝试改变glBegin的方式和顶点的位置，生成一些有趣的图案。

程序代码：

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin( /* 在这里填上你所希望的模式 */ );

/* 在这里使用glVertex*系列函数 */

/* 指定你所希望的顶点位置 */

glEnd();

glFlush();

}

把这段代码改成你喜欢的样子，然后用它替换第一课中的myDisplay函数，编译后即可运行。

两个例子

例一、画一个圆

/*

正四边形，正五边形，正六边形，……，直到正n边形，当n越大时，这个图形就越接近圆

当n大到一定程度后，人眼将无法把它跟真正的圆相区别

这时我们已经成功的画出了一个“圆”

（注：画圆的方法很多，这里使用的是比较简单，但效率较低的一种）

试修改下面的const int n的值，观察当n=3,4,5,8,10,15,20,30,50等不同数值时输出的变化情况将GL_POL YGON改为GL_LINE_LOOP、GL_POINTS等其它方式，观察输出的变化情况*/

#include

const int n = 20;

const GLfloat R = 0.5f;

const GLfloat Pi = 3.1415926536f;

void myDisplay(void)

{

int i;

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_POL YGON);

for(i=0; i

glVertex2f(R*cos(2*Pi/n*i), R*sin(2*Pi/n*i));

glEnd();

glFlush();

}

例二、画一个五角星

/*

设五角星的五个顶点分布位置关系如下：

A

E B

D C

首先，根据余弦定理列方程，计算五角星的中心到顶点的距离a

（假设五角星对应正五边形的边长为.0）

a = 1 / (2-2*cos(72*Pi/180));

然后，根据正弦和余弦的定义，计算B的x坐标bx和y坐标by，以及C的y坐标

（假设五角星的中心在坐标原点）

bx = a * cos(18 * Pi/180);

by = a * sin(18 * Pi/180);

cy = -a * cos(18 * Pi/180);

五个点的坐标就可以通过以上四个量和一些常数简单的表示出来

*/

#include

const GLfloat Pi = 3.1415926536f;

void myDisplay(void)

{

GLfloat a = 1 / (2-2*cos(72*Pi/180));

GLfloat bx = a * cos(18 * Pi/180);

GLfloat by = a * sin(18 * Pi/180);

GLfloat cy = -a * cos(18 * Pi/180);

GLfloat

PointA[2] = { 0, a },

PointB[2] = { bx, by },

PointC[2] = { 0.5, cy },

PointD[2] = { -0.5, cy },

PointE[2] = { -bx, by };

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

// 按照A->C->E->B->D->A的顺序，可以一笔将五角星画出

glBegin(GL_LINE_LOOP);

glVertex2fv(PointA);

glVertex2fv(PointC);

glVertex2fv(PointE);

glVertex2fv(PointB);

glVertex2fv(PointD);

glEnd();

glFlush();

}

例三、画出正弦函数的图形

/*

由于OpenGL默认坐标值只能从-1到1，（可以修改，但方法留到以后讲）所以我们设置一个因子factor，把所有的坐标值等比例缩小，

这样就可以画出更多个正弦周期

试修改factor的值，观察变化情况

*/

#include

const GLfloat factor = 0.1f;

void myDisplay(void)

{

GLfloat x;

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_LINES);

glVertex2f(-1.0f, 0.0f);

glVertex2f(1.0f, 0.0f); // 以上两个点可以画x轴

glVertex2f(0.0f, -1.0f);

glVertex2f(0.0f, 1.0f); // 以上两个点可以画y轴

glEnd();

glBegin(GL_LINE_STRIP);

for(x=-1.0f/factor; x<1.0f/factor; x+=0.01f)

{

glVertex2f(x*factor, sin(x)*factor);

}

glEnd();

glFlush();

}

小结

本课讲述了点、直线和多边形的概念，以及如何使用OpenGL来描述点，并使用点来描述几何图形。

大家可以发挥自己的想象，画出各种几何图形，当然，也可以用GL_LINE_STRIP把很多位置相近的点连接起来，构成函数图象。如果有兴趣，也可以去找一些图象比较美观的函数，自己动手，用OpenGL把它画出来。

3.第三课：

1、关于点

点的大小默认为1个像素，但也可以改变之。改变的命令为glPointSize，其函数原型如下：

void glPointSize(GLfloat size);

size必须大于0.0f，默认值为1.0f，单位为“像素”。

注意：对于具体的OpenGL实现，点的大小都有个限度的，如果设置的size超过最大值，则设置可能会有问题。

例子：

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glPointSize(5.0f);

glBegin(GL_POINTS);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

glVertex2f(0.5f, 0.5f);

glEnd();

glFlush();

}

2、关于直线

（1）直线可以指定宽度：

void glLineWidth(GLfloat width);

其用法跟glPointSize类似。

（2）画虚线。

首先，使用glEnable(GL_LINE_STIPPLE);来启动虚线模式（使用glDisable(GL_LINE_STIPPLE)可以关闭之）。然后，使用glLineStipple来设置虚线的样式。

void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);

pattern是由1和0组成的长度为16的序列，从最低位开始看，如果为1，则直线上接下来应该画的factor 个点将被画为实的；如果为0，则直线上接下来应该画的factor个点将被画为虚的。

以下是一些例子：

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

示例代码：

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glEnable(GL_LINE_STIPPLE);

glLineStipple(2, 0x0F0F);

glLineWidth(10.0f);

glBegin(GL_LINES);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

glVertex2f(0.5f, 0.5f);

glEnd();

glFlush();

}

3、关于多边形

多边形的内容较多，我们将讲述以下四个方面。

（1）多边形的两面以及绘制方式。

虽然我们目前还没有真正的使用三维坐标来画图，但是建立一些三维的概念还是必要的。

从三维的角度来看，一个多边形具有两个面。每一个面都可以设置不同的绘制方式：填充、只绘制边缘轮廓线、只绘制顶点，其中“填充”是默认的方式。可以为两个面分别设置不同的方式。

glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL); // 设置正面为填充方式

glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE); // 设置反面为边缘绘制方式

glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_POINT); // 设置两面均为顶点绘制方式

（2）反转

一般约定为“顶点以逆时针顺序出现在屏幕上的面”为“正面”，另一个面即成为“反面”。生活中常见的物体表面，通常都可以用这样的“正面”和“反面”，“合理的”被表现出来（请找一个比较透明的矿泉水瓶子，在正对你的一面沿逆时针画一个圆，并标明画的方向，然后将背面转为正面，画一个类似的圆，体会一下“正面”和“反面”。你会发现正对你的方向，瓶的外侧是正面，而背对你的方向，瓶的内侧才是正面。正对你的内侧和背对你的外侧则是反面。这样一来，同样属于“瓶的外侧”这个表面，但某些地方算是正面，某些地方却算是反面了）。

但也有一些表面比较特殊。例如“麦比乌斯带”（请自己Google一下），可以全部使用“正面”或全部使用“背面”来表示。

可以通过glFrontFace函数来交换“正面”和“反面”的概念。

glFrontFace(GL_CCW); // 设置CCW方向为“正面”，CCW即CounterClockWise，逆时针

glFrontFace(GL_CW); // 设置CW方向为“正面”，CW即ClockWise，顺时针

下面是一个示例程序，请用它替换第一课中的myDisplay函数，并将glFrontFace(GL_CCW)修改为glFrontFace(GL_CW)，并观察结果的变化。

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL); // 设置正面为填充模式

glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE); // 设置反面为线形模式

glFrontFace(GL_CCW); // 设置逆时针方向为正面

glBegin(GL_POL YGON); // 按逆时针绘制一个正方形，在左下方

glVertex2f(-0.5f, -0.5f);

glVertex2f(0.0f, -0.5f);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

glVertex2f(-0.5f, 0.0f);

glEnd();

glBegin(GL_POL YGON); // 按顺时针绘制一个正方形，在右上方

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

glVertex2f(0.0f, 0.5f);

glVertex2f(0.5f, 0.5f);

glVertex2f(0.5f, 0.0f);

glEnd();

glFlush();

}

（3）剔除多边形表面

在三维空间中，一个多边形虽然有两个面，但我们无法看见背面的那些多边形，而一些多边形虽然是正面的，但被其他多边形所遮挡。如果将无法看见的多边形和可见的多边形同等对待，无疑会降低我们处理图形的效率。在这种时候，可以将不必要的面剔除。

首先，使用glEnable(GL_CULL_FACE);来启动剔除功能（使用glDisable(GL_CULL_FACE)可以关闭之）

然后，使用glCullFace来进行剔除。

glCullFace的参数可以是GL_FRONT，GL_BACK或者GL_FRONT_AND_BACK，分别表示剔除正面、剔除反面、剔除正反两面的多边形。

注意：剔除功能只影响多边形，而对点和直线无影响。例如，使用glCullFace(GL_FRONT_AND_BACK)后，所有的多边形都将被剔除，所以看见的就只有点和直线。

（4）镂空多边形

直线可以被画成虚线，而多边形则可以进行镂空。

首先，使用glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);来启动镂空模式（使用glDisable(GL_POL YGON_STIPPLE)可以关闭之）。

然后，使用glPolygonStipple来设置镂空的样式。

void glPolygonStipple(const GLubyte *mask);

其中的参数mask指向一个长度为128字节的空间，它表示了一个32*32的矩形应该如何镂空。其中：第一个字节表示了最左下方的从左到右（也可以是从右到左，这个可以修改）8个像素是否镂空（1表示不镂空，显示该像素；0表示镂空，显示其后面的颜色），最后一个字节表示了最右上方的8个像素是否镂空。

但是，如果我们直接定义这个mask数组，像这样：

static GLubyte Mask[128] =

{

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // 这是最下面的一行

0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x03, 0x80, 0x01, 0xC0, // 麻

0x06, 0xC0, 0x03, 0x60, // 烦

0x04, 0x60, 0x06, 0x20, // 的

0x04, 0x30, 0x0C, 0x20, // 初

0x04, 0x18, 0x18, 0x20, // 始

0x04, 0x0C, 0x30, 0x20, // 化

0x04, 0x06, 0x60, 0x20, // ，

0x44, 0x03, 0xC0, 0x22, // 不

0x44, 0x01, 0x80, 0x22, // 建

0x44, 0x01, 0x80, 0x22, // 议

0x44, 0x01, 0x80, 0x22, // 使

0x44, 0x01, 0x80, 0x22, // 用

0x44, 0x01, 0x80, 0x22,

0x44, 0x01, 0x80, 0x22,

0x66, 0x01, 0x80, 0x66,

0x33, 0x01, 0x80, 0xCC,

0x19, 0x81, 0x81, 0x98,

0x0C, 0xC1, 0x83, 0x30,

0x07, 0xE1, 0x87, 0xE0,

0x03, 0x3F, 0xFC, 0xC0,

0x03, 0x31, 0x8C, 0xC0,

0x03, 0x3F, 0xFC, 0xC0,

0x06, 0x64, 0x26, 0x60,

0x0C, 0xCC, 0x33, 0x30,

0x18, 0xCC, 0x33, 0x18,

0x10, 0xC4, 0x23, 0x08,

0x10, 0x63, 0xC6, 0x08,

0x10, 0x30, 0x0C, 0x08,

0x10, 0x18, 0x18, 0x08,

0x10, 0x00, 0x00, 0x08 // 这是最上面的一行

};

这样一堆数据非常缺乏直观性，我们需要很费劲的去分析，才会发现它表示的竟然是一只苍蝇。

如果将这样的数据保存成图片，并用专门的工具进行编辑，显然会方便很多。下面介绍如何做到这一点。首先，用Windows自带的画笔程序c()新建一副图片，取名为mask.bmp，注意保存时，应该选择“单色位图”。在“图象”->“属性”对话框中，设置图片的高度和宽度均为32。

用放大镜观察图片，并编辑之。黑色对应二进制零（镂空），白色对应二进制一（不镂空），编辑完毕后保存。

然后，就可以使用以下代码来获得这个Mask数组了。

static GLubyte Mask[128];

FILE *fp;

fp = fopen("mask.bmp", "rb");

if( !fp )

exit(0);

// 移动文件指针到这个位置，使得再读sizeof(Mask)个字节就会遇到文件结束

// 注意-(int)sizeof(Mask)虽然不是什么好的写法，但这里它确实是正确有效的

// 如果直接写-sizeof(Mask)的话，因为sizeof取得的是一个无符号数，取负号会有问题

if( fseek(fp, -(int)sizeof(Mask), SEEK_END) )

exit(0);

// 读取sizeof(Mask)个字节到Mask

if( !fread(Mask, sizeof(Mask), 1, fp) )

exit(0);

fclose(fp);

好的，现在请自己编辑一个图片作为mask，并用上述方法取得Mask数组，运行后观察效果。

说明：绘制虚线时可以设置factor因子，但多边形的镂空无法设置factor因子。请用鼠标改变窗口的大小，观察镂空效果的变化情况。

#include

#include

void myDisplay(void)

{

static GLubyte Mask[128];

FILE *fp;

fp = fopen("mask.bmp", "rb");

if( !fp )

exit(0);

if( fseek(fp, -(int)sizeof(Mask), SEEK_END) )

exit(0);

if( !fread(Mask, sizeof(Mask), 1, fp) )

exit(0);

fclose(fp);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glEnable(GL_POL YGON_STIPPLE);

glPolygonStipple(Mask);

glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f); // 在左下方绘制一个有镂空效果的正方形

glDisable(GL_POL YGON_STIPPLE);

glRectf(0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.5f); // 在右上方绘制一个无镂空效果的正方形

glFlush();

}

小结

本课学习了绘制几何图形的一些细节。

点可以设置大小。

直线可以设置宽度；可以将直线画成虚线。

多边形的两个面的绘制方法可以分别设置；在三维空间中，不可见的多边形可以被剔除；可以将填充多边形绘制成镂空的样式。

了解这些细节会使我们在一些图象绘制中更加得心应手。

另外，把一些数据写到程序之外的文件中，并用专门的工具编辑之，有时可以显得更方便。

4.第四课：

OpenGL支持两种颜色模式：一种是RGBA，一种是颜色索引模式。

无论哪种颜色模式，计算机都必须为每一个像素保存一些数据。不同的是，RGBA模式中，数据直接就代表了颜色；而颜色索引模式中，数据代表的是一个索引，要得到真正的颜色，还必须去查索引表。

1. RGBA颜色

RGBA模式中，每一个像素会保存以下数据：R值（红色分量）、G值（绿色分量）、B值（蓝色分量）和A值（alpha分量）。其中红、绿、蓝三种颜色相组合，就可以得到我们所需要的各种颜色，而alpha不直接影响颜色，它将留待以后介绍。

在RGBA模式下选择颜色是十分简单的事情，只需要一个函数就可以搞定。

glColor*系列函数可以用于设置颜色，其中三个参数的版本可以指定R、G、B的值，而A值采用默认；四个参数的版本可以分别指定R、G、B、A的值。例如：

void glColor3f(GLfloat red, GLfloat green, GLfloat blue);

void glColor4f(GLfloat red, GLfloat green, GLfloat blue, GLfloat alpha);

（还记得吗？3f表示有三个浮点参数~请看第二课中关于glVertex*函数的叙述。）

将浮点数作为参数，其中0.0表示不使用该种颜色，而1.0表示将该种颜色用到最多。例如：

glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); 表示不使用绿、蓝色，而将红色使用最多，于是得到最纯净的红色。

glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f); 表示使用绿、蓝色到最多，而不使用红色。混合的效果就是浅蓝色。

glColor3f(0.5f, 0.5f, 0.5f); 表示各种颜色使用一半，效果为灰色。

注意：浮点数可以精确到小数点后若干位，这并不表示计算机就可以显示如此多种颜色。实际上，计算机可以显示的颜色种数将由硬件决定。如果OpenGL找不到精确的颜色，会进行类似“四舍五入”的处理。

大家可以通过改变下面代码中glColor3f的参数值，绘制不同颜色的矩形。

void myDisplay(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f);

glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);

glFlush();

}

注意：glColor系列函数，在参数类型不同时，表示“最大”颜色的值也不同。

采用f和d做后缀的函数，以1.0表示最大的使用。

采用b做后缀的函数，以127表示最大的使用。

采用ub做后缀的函数，以255表示最大的使用。

采用s做后缀的函数，以32767表示最大的使用。

采用us做后缀的函数，以65535表示最大的使用。

这些规则看似麻烦，但熟悉后实际使用中不会有什么障碍。

2、索引颜色

在索引颜色模式中，OpenGL需要一个颜色表。这个表就相当于画家的调色板：虽然可以调出很多种颜色，但同时存在于调色板上的颜色种数将不会超过调色板的格数。试将颜色表的每一项想象成调色板上的一个

格子：它保存了一种颜色。

在使用索引颜色模式画图时，我说“我把第i种颜色设置为某某”，其实就相当于将调色板的第i格调为某某颜色。“我需要第k种颜色来画图”，那么就用画笔去蘸一下第k格调色板。

颜色表的大小是很有限的，一般在256~4096之间，且总是2的整数次幂。在使用索引颜色方式进行绘图时，总是先设置颜色表，然后选择颜色。

2.1、选择颜色

使用glIndex*系列函数可以在颜色表中选择颜色。其中最常用的可能是glIndexi，它的参数是一个整形。void glIndexi(GLint c);

是的，这的确很简单。

2.2、设置颜色表

OpenGL并直接没有提供设置颜色表的方法，因此设置颜色表需要使用操作系统的支持。我们所用的Windows和其他大多数图形操作系统都具有这个功能，但所使用的函数却不相同。正如我没有讲述如何自己写代码在Windows下建立一个窗口，这里我也不会讲述如何在Windows下设置颜色表。

GLUT工具包提供了设置颜色表的函数glutSetColor，但我测试始终有问题。现在为了让大家体验一下索引颜色，我向大家介绍另一个OpenGL工具包：aux。这个工具包是VisualStudio自带的，不必另外安装，但它已经过时，这里仅仅是体验一下，大家不必深入。

#include

#include

#include

#pragma comment (lib, "opengl32.lib")

#pragma comment (lib, "glaux.lib")

#include

const GLdouble Pi = 3.1415926536;

void myDisplay(void)

{

int i;

for(i=0; i<8; ++i)

auxSetOneColor(i, (float)(i&0x04), (float)(i&0x02), (float)(i&0x01));

glShadeModel(GL_FLAT);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

for(i=0; i<=8; ++i)

{

glIndexi(i);

glVertex2f(cos(i*Pi/4), sin(i*Pi/4));

}

glEnd();

glFlush();

}

int main(void)

{

auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_INDEX);

auxInitPosition(0, 0, 400, 400);

auxInitWindow(L"");

myDisplay();

Sleep(10 * 1000);

return 0;

}

其它部分大家都可以不管，只看myDisplay函数就可以了。首先，使用auxSetOneColor设置颜色表中的一格。循环八次就可以设置八格。

glShadeModel等下再讲，这里不提。

然后在循环中用glVertex设置顶点，同时用glIndexi改变顶点代表的颜色。

最终得到的效果是八个相同形状、不同颜色的三角形。

索引颜色虽然讲得多了点。索引颜色的主要优势是占用空间小（每个像素不必单独保存自己的颜色，只用很少的二进制位就可以代表其颜色在颜色表中的位置），花费系统资源少，图形运算速度快，但它编程稍稍显得不是那么方便，并且画面效果也会比RGB颜色差一些。“星际争霸”可能代表了256色的颜色表的画面效果，虽然它在一台很烂的PC上也可以运行很流畅，但以目前的眼光来看，其画面效果就显得不足了。目前的PC机性能已经足够在各种场合下使用RGB颜色，因此PC程序开发中，使用索引颜色已经不是主流。当然，一些小型设备例如GBA、手机等，索引颜色还是有它的用武之地。

3、指定清除屏幕用的颜色

我们写：glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);意思是把屏幕上的颜色清空。

但实际上什么才叫“空”呢？在宇宙中，黑色代表了“空”；在一张白纸上，白色代表了“空”；在信封上，信封的颜色才是“空”。

OpenGL用下面的函数来定义清楚屏幕后屏幕所拥有的颜色。

在RGB模式下，使用glClearColor来指定“空”的颜色，它需要四个参数，其参数的意义跟glColor4f相似。在索引颜色模式下，使用glClearIndex来指定“空”的颜色所在的索引，它需要一个参数，其意义跟glIndexi 相似。

void myDisplay(void)

{

glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glFlush();

}

呵，这个还真简单~

4、指定着色模型

OpenGL允许为同一多边形的不同顶点指定不同的颜色。例如：

#include

const GLdouble Pi = 3.1415926536;

void myDisplay(void)

{

int i;

// glShadeModel(GL_FLAT);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);

glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);

glVertex2f(0.0f, 0.0f);

for(i=0; i<=8; ++i)

{

glColor3f(i&0x04, i&0x02, i&0x01);

glVertex2f(cos(i*Pi/4), sin(i*Pi/4));

}

glEnd();

glFlush();

}

在默认情况下，OpenGL会计算两点顶点之间的其它点，并为它们填上“合适”的颜色，使相邻的点的颜色值都比较接近。如果使用的是RGB模式，看起来就具有渐变的效果。如果是使用颜色索引模式，则其相邻点的索引值是接近的，如果将颜色表中接近的项设置成接近的颜色，则看起来也是渐变的效果。但如果颜色表中接近的项颜色却差距很大，则看起来可能是很奇怪的效果。

使用glShadeModel函数可以关闭这种计算，如果顶点的颜色不同，则将顶点之间的其它点全部设置为与某一个点相同。（直线以后指定的点的颜色为准，而多边形将以任意顶点的颜色为准，由实现决定。）为了避免这个不确定性，尽量在多边形中使用同一种颜色。

glShadeModel的使用方法：

glShadeModel(GL_SMOOTH); // 平滑方式，这也是默认方式

glShadeModel(GL_FLAT); // 单色方式

小结：

本课学习了如何设置颜色。其中RGB颜色方式是目前PC机上的常用方式。

可以设置glClear清除后屏幕所剩的颜色。

可以设置颜色填充方式：平滑方式或单色方式。

5. 第五课：

在前面绘制几何图形的时候，大家是否觉得我们绘图的范围太狭隘了呢？坐标只能从-1到1，还只能是X 轴向右，Y轴向上，Z轴垂直屏幕。这些限制给我们的绘图带来了很多不便。

我们生活在一个三维的世界——如果要观察一个物体，我们可以：

1、从不同的位置去观察它。（视图变换）

2、移动或者旋转它，当然了，如果它只是计算机里面的物体，我们还可以放大或缩小它。（模型变换）

3、如果把物体画下来，我们可以选择：是否需要一种“近大远小”的透视效果。另外，我们可能只希望看到物体的一部分，而不是全部（剪裁）。（投影变换）

4、我们可能希望把整个看到的图形画下来，但它只占据纸张的一部分，而不是全部。（视口变换）

这些，都可以在OpenGL中实现。

OpenGL变换实际上是通过矩阵乘法来实现。无论是移动、旋转还是缩放大小，都是通过在当前矩阵的基础上乘以一个新的矩阵来达到目的。关于矩阵的知识，这里不详细介绍，有兴趣的朋友可以看看线性代数（大学生的话多半应该学过的）。

OpenGL可以在最底层直接操作矩阵，不过作为初学，这样做的意义并不大。这里就不做介绍了。

1、模型变换和视图变换

从“相对移动”的观点来看，改变观察点的位置与方向和改变物体本身的位置与方向具有等效性。

在OpenGL中，实现这两种功能甚至使用的是同样的函数。

由于模型和视图的变换都通过矩阵运算来实现，在进行变换前，应先设置当前操作的矩阵为“模型视图矩阵”。设置的方法是以GL_MODELVIEW为参数调用glMatrixMode函数，像这样：

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。这也只需要一行代码：

glLoadIdentity();

然后，就可以进行模型变换和视图变换了。进行模型和视图变换，主要涉及到三个函数：

glTranslate*，把当前矩阵和一个表示移动物体的矩阵相乘。三个参数分别表示了在三个坐标上的位移值。

glRotate*，把当前矩阵和一个表示旋转物体的矩阵相乘。物体将绕着(0,0,0)到(x,y,z)的直线以逆时针旋转，参数angle表示旋转的角度。

glScale*，把当前矩阵和一个表示缩放物体的矩阵相乘。x,y,z分别表示在该方向上的缩放比例。

注意我都是说“与XX相乘”，而不是直接说“这个函数就是旋转”或者“这个函数就是移动”，这是有原因的，马上就会讲到。

假设当前矩阵为单位矩阵，然后先乘以一个表示旋转的矩阵R，再乘以一个表示移动的矩阵T，最后得到的矩阵再乘上每一个顶点的坐标矩阵v。所以，经过变换得到的顶点坐标就是((RT)v)。

由于矩阵乘法的结合率，((RT)v) = (R(Tv))，换句话说，实际上是先进行移动，然后进行旋转。即：实际变换的顺序与代码中写的顺序是相反的。由于“先移动后旋转”和“先旋转后移动”得到的结果很可能不同，初学的时候需要特别注意这一点。

OpenGL之所以这样设计，是为了得到更高的效率。但在绘制复杂的三维图形时，如果每次都去考虑如何把变换倒过来，也是很痛苦的事情。这里介绍另一种思路，可以让代码看起来更自然（写出的代码其实完全一样，只是考虑问题时用的方法不同了）。

让我们想象，坐标并不是固定不变的。旋转的时候，坐标系统随着物体旋转。移动的时候，坐标系统随着物体移动。如此一来，就不需要考虑代码的顺序反转的问题了。

以上都是针对改变物体的位置和方向来介绍的。如果要改变观察点的位置，除了配合使用glRotate*和glTranslate*函数以外，还可以使用这个函数：gluLookAt。它的参数比较多，前三个参数表示了观察点的位置，中间三个参数表示了观察目标的位置，最后三个参数代表从(0,0,0)到(x,y,z)的直线，它表示了观察者认为的“上”方向。

2、投影变换

投影变换就是定义一个可视空间，可视空间以外的物体不会被绘制到屏幕上。（注意，从现在起，坐标可以不再是-1.0到1.0了！）

OpenGL支持两种类型的投影变换，即透视投影和正投影。投影也是使用矩阵来实现的。如果需要操作投影矩阵，需要以GL_PROJECTION为参数调用glMatrixMode函数。

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。

glLoadIdentity();

透视投影所产生的结果类似于照片，有近大远小的效果，比如在火车头内向前照一个铁轨的照片，两条铁

轨似乎在远处相交了。

使用glFrustum函数可以将当前的可视空间设置为透视投影空间。其参数的意义如下图：

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

也可以使用更常用的gluPerspective函数。其参数的意义如下图：

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

正投影相当于在无限远处观察得到的结果，它只是一种理想状态。但对于计算机来说，使用正投影有可能获得更好的运行速度。

使用glOrtho函数可以将当前的可视空间设置为正投影空间。其参数的意义如下图：

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

如果绘制的图形空间本身就是二维的，可以使用gluOrtho2D。他的使用类似于glOrgho。

3、视口变换

当一切工作已经就绪，只需要把像素绘制到屏幕上了。这时候还剩最后一个问题：应该把像素绘制到窗口的哪个区域呢？通常情况下，默认是完整的填充整个窗口，但我们完全可以只填充一半。

（即：把整个图象填充到一半的窗口内）

声明：该图片来自https://www.360docs.net/doc/1915074361.html,，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

使用glViewport来定义视口。其中前两个参数定义了视口的左下脚（0,0表示最左下方），后两个参数分别是宽度和高度。

4、操作矩阵堆栈

介于是入门教程，先简单介绍一下堆栈。你可以把堆栈想象成一叠盘子。开始的时候一个盘子也

没有，你可以一个一个往上放，也可以一个一个取下来。每次取下的，都是最后一次被放上去的盘子。通常，在计算机实现堆栈时，堆栈的容量是有限的，如果盘子过多，就会出错。当然，如果没有盘子了，再要求取一个盘子，也会出错。

我们在进行矩阵操作时，有可能需要先保存某个矩阵，过一段时间再恢复它。当我们需要保存时，调用glPushMatrix函数，它相当于把矩阵（相当于盘子）放到堆栈上。当需要恢复最近一次的保存时，调用glPopMatrix函数，它相当于把矩阵从堆栈上取下。OpenGL规定堆栈的容量至少可以容纳32个矩阵，某些OpenGL实现中，堆栈的容量实际上超过了32个。因此不必过于担心矩阵的容量问题。

通常，用这种先保存后恢复的措施，比先变换再逆变换要更方便，更快速。

注意：模型视图矩阵和投影矩阵都有相应的堆栈。使用glMatrixMode来指定当前操作的究竟是模型视图矩阵还是投影矩阵。

5、综合举例

好了，视图变换的入门知识差不多就讲完了。但我们不能就这样结束。因为本次课程的内容实在过于枯燥，如果分别举例，可能效果不佳。我只好综合的讲一个例子，算是给大家一个参考。至于实际的掌握，还要靠大家自己花功夫。闲话少说，现在进入正题。

我们要制作的是一个三维场景，包括了太阳、地球和月亮。假定一年有12个月，每个月30天。每年，地球绕着太阳转一圈。每个月，月亮围着地球转一圈。即一年有360天。现在给出日期的编号（0~359），要求绘制出太阳、地球、月亮的相对位置示意图。（这是为了编程方便才这样设计的。如果需要制作更现实的情况，那也只是一些数值处理而已，与OpenGL关系不大）

首先，让我们认定这三个天体都是球形，且他们的运动轨迹处于同一水平面，建立以下坐标系：太阳的中心为原点，天体轨迹所在的平面表示了X轴与Y轴决定的平面，且每年第一天，地球在X轴正方向上，月亮在地球的正X轴方向。

下一步是确立可视空间。注意：太阳的半径要比太阳到地球的距离短得多。如果我们直接使用天文观测得到的长度比例，则当整个窗口表示地球轨道大小时，太阳的大小将被忽略。因此，我们只能成倍的放大几个天体的半径，以适应我们观察的需要。（百度一下，得到太阳、地球、月亮的大致半径分别是：696000km，6378km，1738km。地球到太阳的距离约为1.5亿km=150000000km，月亮到地球的距离约为380000km。）

让我们假想一些数据，将三个天体的半径分别“修改”为：69600000（放大100倍），15945000（放大2500倍），4345000（放大2500倍）。将地球到月亮的距离“修改”为38000000（放大100倍）。地球到太阳的距离保持不变。

为了让地球和月亮在离我们很近时，我们仍然不需要变换观察点和观察方向就可以观察它们，我们把观察点放在这个位置：(0, -200000000, 0)——因为地球轨道半径为150000000，咱们就凑个整，取-200000000就可以了。观察目标设置为原点（即太阳中心），选择Z轴正方向作为“上”方。当然我们还可以把观察点往“上”方移动一些，得到(0, -200000000, 200000000)，这样可以得到45度角的俯视效果。

为了得到透视效果，我们使用gluPerspective来设置可视空间。假定可视角为60度（如果调试时发现该角度不合适，可修改之。我在最后选择的数值是75。），高宽比为1.0。最近可视距离为1.0，最远可视距离为200000000*2=400000000。即：gluPerspective(60, 1, 1, 400000000);

现在我们来看看如何绘制这三个天体。

为了简单起见，我们把三个天体都想象成规则的球体。而我们所使用的glut实用工具中，正好就有一个绘制球体的现成函数：glutSolidSphere，这个函数在“原点”绘制出一个球体。由于坐标是可以通过glTranslate*和glRotate*两个函数进行随意变换的，所以我们就可以在任意位置绘制球体了。函数有三个参数：第一个参数表示球体的半径，后两个参数代表了“面”的数目，简单点说就是球